Intermolekulare Kräfte und Molekülanordnung

In Kunststoffen treten verschiedene intermolekulare Kräfte auf, deren Stärke und Art vom spezifischen Polymer abhängen. Diese reichen von starken Wasserstoffbrücken und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bis hin zu schwächeren van-der-Waals-Kräften.

Die Anordnung der Moleküle in Kunststoffen kann amorph oder kristallin sein:

• Amorphe Strukturen zeichnen sich durch eine geringe Ordnung, niedrige Dichte, Weichheit und Verformbarkeit sowie ein niedriges Erweichungsintervall aus.
• Kristalline Strukturen hingegen weisen eine hohe Ordnung, dichte Packung, höhere Dichte sowie größere Härte und Festigkeit auf.

Ein besonderer Zustand ist der kautschukelastische Zustand, der bei amorphen, geringfügig vernetzten Molekülen (Elastomeren) auftritt. Dieser Zustand ermöglicht es dem Material, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.

Definition: Kautschukelastischer Zustand - Ein Zustand, in dem ein Material nach Verformung aufgrund seiner molekularen Struktur in seine Ausgangsform zurückkehrt.

Example: Ein typisches Beispiel für ein Material im kautschukelastischen Zustand ist Gummi, das sich dehnen lässt und anschließend seine ursprüngliche Form wieder annimmt.

Radikalische Polymerisation und Reaktionsmechanismen

Die radikalische Polymerisation ist eine weitere wichtige Methode zur Herstellung von Kunststoffen. Sie läuft in drei Hauptschritten ab:

1. Erzeugung eines Startradikals:

   • Zum Beispiel durch Zerfall von Dibenzoylperoxid (DBPO) in zwei Phenylradikale.

2. Kettenwachstum:

   • Das Startradikal reagiert mit Monomeren, wodurch die Polymerkette wächst.
   • Bei jedem Schritt entsteht ein neues Radikal am Ende der wachsenden Kette.

3. Abbruch:

   • Durch Reaktion zweier Radikale miteinander (Radikalrekombination).

Definition: Radikalische Polymerisation - Ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren, bei dem Radikale als reaktive Zwischenstufen auftreten.

Highlight: Die radikalische Polymerisation ermöglicht die Herstellung vieler wichtiger Thermoplaste wie Polyethylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid (PVC).

Diese Polymerisationsmethoden bilden die Grundlage für die industrielle Produktion einer Vielzahl von Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsbereichen. Die Wahl der Methode und der Ausgangsmaterialien bestimmt maßgeblich die Eigenschaften des resultierenden Polymers.

Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen

Kunststoffe, auch als Polymere bekannt, weisen eine Reihe charakteristischer Eigenschaften auf, die sie von anderen Materialien unterscheiden. Sie haben keinen einheitlichen Schmelzpunkt, sondern ein Erweichungsintervall und sind bei Raumtemperatur fest bis dickflüssig. Im Vergleich zu Metallen haben sie eine geringere Dichte und erweichen oder zersetzen sich bei höheren Temperaturen. Zudem sind sie schlechte Leiter für Wärme und Strom.

Der molekulare Aufbau von Kunststoffen kann linear, verzweigt oder vernetzt sein. Lineare Strukturen entstehen bei kontrollierten Polymerisationsreaktionen, während verzweigte Strukturen häufig bei radikalischen Polymerisationen auftreten. Vernetzte Strukturen werden durch den Einsatz tri- oder mehrfunktionaler Monomere oder durch nachträgliches Umsetzen reaktiver Gruppen in linearen Molekülen erzeugt.

Highlight: Die Vielfalt der molekularen Strukturen ermöglicht die Herstellung von Kunststoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften für spezifische Anwendungen.

Vocabulary: Erweichungsintervall - Der Temperaturbereich, in dem ein Kunststoff weich und formbar wird, ohne vollständig zu schmelzen.